## RANCANG BANGUN OPTIMALISASI PANEL SURYA DUAL AXIS DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR INTENSITAS CAHAYA
Riny Sulistyowati 1, , Hari Agus Sujono 2 , Misbahul Munir 3 , Muhammad Hidayatullah 4 , Wildan Agung Pambudi 5
1,2,3,,4,5) Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Adhi Tama SurabayaJalan Arief Rahman Hakim 100 Surabaya,, Indonesia
Email: riny.971073@itats.ac.id, hari.agus17@itats.ac.id, munir@itats.ac.id
Info Artikel ABSTRACT Histori Artikel: Diterima Nov 11, 2023 Direvisi Jan 12, 2024 Disetujui Apr 30, 2024 Solar power generation depends on the irradiation of sunlight and temperature that is absorbed into the solar panels. The problem is that the light reflected by the sun changes all the time, so it is necessary to optimize the position of the solar panels. For  this  reason,  a  solar  panel  was  designed  to  move  dynamically  following  the direction of sunlight so that the power produced by the solar panel can be optimal. This  research  was  conducted  in  East  Kalisari  Village,  Surabaya  because  this location has good solar energy potential. According to BMKG data from November 2022, the average solar radiation from 06.00 to 18.00 is 6 hours of exposure. The design  of  optimizing  dual-axis  solar  panels  using  light  intensity  sensors  can  help solve several problems with static solar panels, which cannot follow the movement of sunlight. Research data shows that the power produced for dynamic solar panels is 12.36 watts, and for static solar panels, it is 4.55 Watts. There is a power difference of 7.81 watts compared to using static solar panels.
Keywords:  Solar  Panel,  P V Movement  Method,  Dynamic,  Static,  Solar  Panel Optimization

## ABSTRAK
Pembangkit listrik tenaga surya tergantung pada iradiasi cahaya matahari dan suhu yang  di  serap  ke  panel  surya.  Permasalahannya  adalah  matahari  cahaya  yang dipantulkan  oleh  matahari  berubah  ubah  setiap  saat,  sehingga  perlu  adanya pengotimalan posisi dari panel surya. Untuk itu dirancang sebuah panel surya yang bergerak dinamis mengikuti arah cahaya matahari, agar daya yang dihasilkan panel surya  bisa  optimal.    Penelitian  ini  dilakukan  di  Desa  Kalisari  Timur,  Surabaya karena di lokasi tersebut memiliki potensi energi matahari yang baik. Berdasarkan data  BMKG  November  2022,  rata-rata  penyinaran  matahari  dari  pukul  06.00 sampai pukul 18.00 adalah 6 jam penyinaran.  Rancang bangun optimalisasi panel surya dual axis dengan menggunakan sensor intensitas cahaya ini, dapat membantu menyelesaikan beberapa masalah pada panel surya statis yang tidak bisa mengikuti pergerakan  sinar  matahari.  Data  penelitian  menunjukkan  daya  yang  dihasilkan untuk panel surya dinamis sebesar 12,36 Watt, dan untuk panel surya statis sebesar 4,55  Watt.  Terdapat  selisih  daya  sebesar  7,81-watt  dibandingkan  dengan menggunakan panel surya statis.
Kata Kunci:  Panel Surya, Pergerakan  Dinamis, Statis, Optimalisasi
Penulis Korespondensi:
Riny Sulistyowati, Teknik Elektro dan Fakultas Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya, Jl Wiguna Selatan XV/ Surabaya. Email: riny.971073@itats.ac.id

## 1. PENDAHULUAN
Energi matahari dimanfaatkan sebagai sumber daya untuk pembangkit listrik melalui penggunaan panel surya.  Pemanfaatan  energi  ini  bergantung  pada tingkat  iradiasi  cahaya  serta  temperatur  atau  suhu sekitar [ 1 ]. Panel surya yang sering dipasang secara statis cenderung menghasilkan energi secara kurang optimal  [ 2 ].  Beberapa  penelitian  yang  bertujuan untuk mengoptimalkan daya listrik, telah menjelaskan  mengenai  rangkaian  panel  surya dengan  sistem  tracking  single  axis  dan  metode Maximum Power Point Tracking (MPPT). Mereka menyimpulkan bahwa, panel surya yang menggunakan  motor  bersamaan  dengan  algoritma Hill  Climbing  untuk  Maximum  Power  Point Tracking  (MPPT)  dapat  beroperasi  secara  optimal [ 3 - 5 ].  Penelitian  yang  lain  juga  telah  membuat Prototype  Solar  Tracker  dua  sumbu  berbasis Microcontroller  Arduino.  Namun,  penelitian  ini menemukan sejumlah kekurangan dalam perancangan  dan  pembuatan  perangkat  tersebut, termasuk  kebutuhan  akan  komponen  dengan konsumsi  daya  yang  lebih  rendah  [ 6 - 10 ].  Sebagai penggerak  panel  surya,  Motor  stepper  dipicu  oleh LDR  yang  mendeteksi  intensitas  cahaya  matahari dalam  satuan  lux.  Dengan  menggunakan  metode rekayasa engineering, sensor LDR digunakan untuk mengatur putaran motor stepper yang dihubungkan dengan  panel  surya  untuk  bisa  mengikuti pergerakan matahari.
Penelitian  ini  melakukan  pengujian  selama  7  hari untuk  melihat  kinerja  panel  surya  dinamis, kemudian  membandingkannya  dengan  kinerja panel surya statis [ 11 - 13 ]. Penelitian ini melakukan tracking  terhadap  pergerakan  matahari  dengan merancang sistem panel surya bergerak menggunakan sensor cahaya. Setelah itu, dirancang sensor untuk menghitung daya yang diperoleh dari energi  matahari  yang  dikendalikan  oleh  Arduino. Daya  yang  didapat  akan  digunakan  untuk mengaktifkan SCC [ 14 - 15 ].
Untuk  mencapai  tujuan  tersebut,  dirancanglah sebuah  panel  surya  secara  dinamis  yang  mampu mengikuti  gerakan  matahari,  agar  sistem  yang dikembangkan dapat lebih optimal dalam melakukan  penyerapan  energi  matahari,  sehingga daya  keluaran  dari  panel  surya  dapat  lebih meningkat.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Desain Sistem
Sistem  ini  terdiri  dari  Solar  Charge  Controller (SCC)  yang  digunakan  untuk  mengisi  daya  dari panel  surya  ke  baterai  dan  lampu.  Proses  dimulai dengan  penyerapan  energi  surya  oleh  solar  panel yang  kemudian  menjadi  input  bagi  solar  charger. Inverter digunakan untuk mengonversi arus searah (DC) dari panel surya ke arus (AC). Aki atau baterai digunakan  untuk  menyimpan  energi  listrik. Rancangan sistem ini dapat dilihat pada Gambar 1 .
Gambar 1 . Blok Diagram Desain Sistem
Penelitian  terdiri  dari  tiga  proses  pokok  yaitu, mengukur tegangan dan arus sel surya, mengoptimasi  keluaran  panel  surya  menggunakan SCC  dan  pemasangan  beban  untuk  pengujian sistem.

## 2.2 Parameter Panel Surya
Penelitian menggunakan panel surya 10 WP dengan spesifikasi panel surya 10 WP adalah sesuai Tabel 1 berikut.
Tabel 1 . Parameter Panel Surya 10 Wp Parameter Nilai Maximum Power Point ( 𝑷 𝒎𝒂𝒌𝒔 ) 10 W Voltage at 𝑷 𝒎𝒂𝒌𝒔 17,2 V Current at 𝑷 𝒎𝒂𝒌𝒔 0,58 A Open-Circuit Voltage ( 𝑽 𝒐𝒄 ) 20,64 V Short-Circuit Current ( 𝑰 𝒔𝒄 ) 0,65 A

## 2.3 Komponen  Motor  Penggerak  dan  Driver Motor
Untuk  Motor  penggerak  dari  panel  surya  di menggunakan motor DC. Motor Stepper digunakan untk  mengurangi  konsumsi  daya,  dan  model  yang digunakan adalah tipe Nema 17 Model 17HS3616. Spesifikasi  motor  stepper  17HS3616  sesuai  untuk digunakan  pada  sistem.  Driver  yang  digunakan adalah  model  TB6600  untuk  mengatur  konsumsi daya  dari  motor  stepper.  Spesifikasi  dari  Motor Stepper  ditampilkan  pada Tabel  2 ,  dan Gambar  2 merupakan bentuk fisik dari driver motor stepper.
Tabel 2 . Spesifikasi Motor Stepper Parameter Nilai Model 17HS3616 Step Angle 1,8 Derajat Motor Length 34 mm Rated Current 0,16 A Resistance 75 Ohm Inductance 40 Mh Torque 14 N.cm Daten Torque 1.6 N.cm
Gambar 2 . Desain sistem panel surya dinamis
2.4 Desain Sistem Kendali
Gambar  3 adalah  Flowchart  sistem  panel  surya dinamis yang menjelaskan langkah-langkah operasional.  Dimulai  dengan  menyalakan  sistem panel surya dinamis, kemudian dilanjutkan dengan inisialisasi data dari sensor LDR dan motor stepper ke dalam mikrokontroller. Selanjutnya, panel surya (PV) akan mulai menyerap energi matahari. Sensor LDR  kemudian  digunakan  untuk  mengukur intensitas  cahaya  dalam  satuan  lux.  Jika  nilai  lux yang  terukur  kurang  dari  500,  motor  stepper  akan tetap  tidak  beroperasi  dan  sensor  LDR  akan membaca ulang intensitas cahaya. Namun, jika nilai
lux  lebih  dari  500,  motor  stepper  akan  diaktifkan untuk  menggerakkan  panel  surya  (PV)  guna mengoptimalkan  pengumpulan  energi  matahari yang dibutuhkan. Proses ini memungkinkan sistem panel surya dinamis berfungsi secara efisien sesuai dengan  kondisi  cahaya  yang  diterima.  Dengan demikian,  sistem  ini  secara  otomatis  mengatur pengoperasian  panel  surya  untuk  memaksimalkan efisiensi  energi  dan  kinerja  keseluruhan.  Dengan adanya mekanisme pengaturan berdasarkan intensitas  cahaya,  sistem  panel  surya  ini  dapat beradaptasi  secara  cerdas  terhadap  perubahan kondisi lingkungan sekitar.
Gambar 3 . Flowchart Sistem Panel Surya Dinamis
Gambar  4 merupakan  integrasi  sistem  secara keseluruhan  mulai  dari  PV,  Sensor  Arus,  Solar Charger  Controller,  Baterai  sebagai  beban  DC, dan Inverter dengan output dimanfaatkan sebagai
aplikasi beban AC. Sensor Arus terhubung dengan Mikrokontroller  Arduino  untuk  monitoring. Beban  AC  yang  digunakan  adalah  beban  lampu dan utilitas seperti Notebook dan lainnya.
Gambar 4 . Integrasi Sistem Keseluruhan
Sistem  menggunakan  sensor    LDR  untuk mendeteksi  pergerakan  motor  stepper.  Light Dependent  Resistor  (LDR)  adalah  salah  satu komponen sensor Cahaya yang mengonversi energi foton Cahaya menjadi foton dengan rasio 1:1. LDR
memiliki resistansi tinggi dalam kondisi gelap atau redup, sehingga LDR sesuai dengan kebutuhan dari sistem  dalam  penelitian  dengan  bekerja  bila mendapat    Cahaya  yang  di  serap.    Mekanik  dari sistem ditunjukkan pada Gambar 5 .
Gambar 5. Fisik Sistem Panel Surya Dinamis

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  dilakukan  dengan  variable  kemiringan, lux, data cuaca, dan daya panel surya dinamis yang bervariasi  setiap  jam  mulai  pukul  08.00  sampai pukul 16.00.yang di tunjukkan pada Tabel 3 .
Tabel 3. Hasil Pengujian Sensor LDR dan alat ukur kemiringan
JAM KEMIRINGAN (Derajad) LDR (Lux) CUACA 08.00 85 215 Berawan 09.00 85 238 Berawan 10.00 85 424 Berawan 11.00 31.3 520 Terik 12.00 20.2 541 Terik 13.00 20.2 510 Berawan 14.00 20.2 256 Hujan 15.00 30.7 524 Terik 16.00 30.7 202 Berawan
Tabel  3 memperlihatkan  bahwa  nilai  LDR berpengaruh  terhadap  kondisi  cuaca.  Dimana  pada kondisi  cuaca  pada  percobaan  pertama  adalah  saat kondisi  berawan.  Pada  saat  nilai  LDR  menyentuh atau melampaui angka 500, maka motor penggerak panel surya akan bergerak, dan pada saat nilai LDR stabil di nilai di bawah 500 maka motor penggerak panel surya tidak beroperasi atau berhenti bergerak. Dari data pengujian,  lalu dibentuk kurva perbandingan daya output panel surya dinamis dan statis.  Pengujian  PV  dilakukan  dalam  7  hari berturut-turut dengan waktu pengambilan data dari 08.00  hingga  pukul  16.00. Gambar  6 hingga Gambar  12 ,  menampilkan  grafik  daya  output pengujian  untuk  masing-masing  hari,  dimana
tingkat  Cahaya  yang  menyentuh  LDR  mencapai angka 500 ke atas.
Gambar 6 . Diagram Daya Output Pengujian Hari Pertama
Gambar 6 adalah merupakan gambar perbandingan daya output panel kondisi statis dan kondisi dinamis di hari pertama. Total daya yang dihasilkan selama 8  jam  oleh  PV  dinamis  adalah  12,78  watt, sedangkan  total  daya  yang  dihasilkan  PV  statis adalah 4,06 Watt. Total daya motor penggerak PV selama 8 jam beroperasi adalah 8,72 Watt.
Gambar 7 . Diagram Daya Output Pengujian Hari Kedua
Gambar  7 menampilkan  kurva  perbandingan  daya output  panel  kondisi  statis  dan  kondisi  dinamis  di hari kedua. Total daya yang dihasilkan selama 8 jam oleh PV dinamis adalah 8,46 Watt, sedangkan total daya  yang  dihasilkan  PV  statis  adalah  4,58  Watt.
Total  selisih  PV  dinamis  terhadap  statis  sebesar  3, 88 watt.
Gambar 8 . Diagram Daya Output Pengujian Hari Ketiga
Gambar  8 menampilkan  kurva  perbandingan  daya output  panel  kondisi  statis  dan  kondisi  dinamis  di hari ketiga. Total daya yang dihasilkan selama 8 jam oleh  Panel  surya  dinamis  adalah  10,44  Watt, sedangkan    yang  dihasilkan  PV  statis  adalah  4,64 Watt. Total daya selisih PV dinamis terhadap statis 5, 8 watt.
Gambar 9 . Diagram Daya Output Pengujian Hari Keempat
Gambar  9 menampilkan  kurva  perbandingan  daya output  panel  kondisi  statis  dan  kondisi  dinamis  di hari keempat. Total daya yang dihasilkan selama 8 jam oleh PV dinamis adalah 10,68 Watt, sedangkan total  daya  yang  dihasilkan  PV  statis  adalah  4,80 Watt. Total selisih daya 5,88 watt.
Gambar 10 . Diagram Daya Output Pengujian Hari Kelima
Gambar 10 perbandingan daya output panel kondisi statis dan kondisi dinamis di hari kelima. Total daya
yang  dihasilkan  selama  8  jam  oleh  PV  dinamis adalah  8,56  Watt,  sedangkan  total  daya  yang dihasilkan  PV  statis  adalah  3,84  Watt.  Total  daya selisihnya 4,72 watt.
Gambar 11 . Diagram Daya Output Pengujian Hari Keenam
Gambar 11 kurva perbandingan daya output panel kondisi  statis  dan  kondisi  dinamis  di  hari  keenam. Total daya yang dihasilkan PV dinamis adalah 9,64 Watt,  sedangkan  total  daya  yang  dihasilkan  PV statis adalah 8,80 Watt.
Gambar 12. Diagram Daya Output Pengujian Hari Ketujuh
Gambar 12 menampilkan kurva perbandingan daya output  panel  kondisi  statis  dan  kondisi  dinamis  di hari  ketujuh.  Total  daya  yang  dihasilkan    PV dinamis  adalah  10,16  Watt,  sedangkan  total  daya yang  dihasilkan  PV  statis  adalah  9,28  Watt.  Total daya selisihnya 0,88 watt.
49.14 52.81 52.62 55.77 53.62 57.71 57.75 46.8 45.76 44.64 42.8 33.84 48.8 49.28
0 20 40 60 80 1 2 3 4 5 6 7 W at t Hari Ke Perbandingan Daya Output PV Dinamis dan Statis Selama 7 Hari Dinamis
Statis

## 4. KESIMPULAN
Rancang bangun optimalisasi panel surya dual axis dengan  menggunakan  sensor  intensitas  cahaya  ini dapat  mengoptimalkan  daya  output,  karena mengikuti  arah  pergerakan  cahaya  matahari. Berdasarkan  hasil  Analisa  dapat  disimpulkan, bahwa  daya  output  hasil  pengujian  hari  pertama hingga  hari  ketujuh  menghasilkan  data  rata-rata harian  yang  dihasilkan  oleh  PV  dinamis  dan  PV statis  yaitu  untuk  PV  dinamis  sebesar  12,36-watt dan  untuk  PV  statis  sebesar  4,55  Watt.  Terdapat selisih daya sebesar 7,81Watt di bandingkan dengan menggunakan panel surya statis.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S.  Ch,  “ Perbandingan  Unjuk  Kerja  Antara PaneI SeI Surya Berpenjejak Dengan Panel Sel Surya  Diam, ” Maj. IIm. Tekn0I. EIektro, vol. 9, no. 1, 2010.
[2] S. YuIiananda, G. Sarya, and R. R. Hastijanti, “ Pengaruh  perubahan  intensitas  matahari terhadap  daya  keIuaran  paneI  surya ,”  J. Pengabdi. IPPM Untag Surabaya, vol. 01, no. 02, pp. 193–202, 2015.
[3] Hari Agus Sujono, Riny Sulistyowati, Achmad Safi’i, Ciptian Weried Priananda, “ Photovoltaic farm with maximum power point tracker using hill Climbing algorithm ”, ARPN, 2018.W.
[4] Fajaryanto and A. Prayitno, “ Pengujian Panel Surya Dinamik Dan Statik Dengan MeIakukan Perbandingan  Daya  0utput ,”  Jurnal  Fteknik,
vol. 4, no. 2, p. 1, 2017.
[5] A. I. Ramadhan, E. Diniardi, and S. H. Mukti, “ AnaIisis  Desain  Sistem  Pembangkit  Iistrik Tenaga Surya Kapasitas 50 WP ,” Teknik, vol.
37,  no.  2,  p.  59,  2016,  doi:  10.14710/ teknik.v37i2.9011.
[6] Riny  Sulistyowati,  Dedet  Candra  Riawan, Mochamad Ashari, “ Clustering Based Optimal Sizing and Placement of PV-DG Using Neural Network ”, 2017.
[7] J.  Desember  and  I.  Syukron,  “ Pembuatan Inverter  Untuk  Air  Conditioner ,”  J.  Tek. EIektro  Unnes,  vol.  5,  no.  2,  2013,  doi: 10.15294/jte.v5i2.3558.
[8] I.  Teresna,  “ Pengujian  Charger  ModuI SimuIasi Solar Cell Untuk Menyuplai Warning Light ” Tek. EIektro, vol. 15, no. 2, pp. 30–39,
2014.
[9] Sholihun,  “ Komputasi  Parameter  Internal  Sel
Surya 0rganik Dan Penentuan Pola Keterkaitannya Terhadap Intensitas Menggunakan Metode IANBV ”.Tesis.
Yogyakarta  :  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu
Pengetahuan  Alam  Universitas  Gadjah  Mada, 2009
[10] R. F. Pantelimon, M. Adam, M. Andrusca, and C.  Pancu,  “ Aspects  regarding  solar  battery charge  controllers ,”  2013  -  8th  Int.  Symp. Adv. Top. EIectr. Eng. ATEE 2013, 2013, d0i: 10.1109/ATEE.2013.6563367.
[11] Winda Kesuma, Hesty AmeIia, “ Perancangan Sistem  PaneI  Surya  Sebagai  Sumber  Energi Pada  Smart  Ciassroom ”.  Diploma  thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2018 [12] Ciprés Iechuga, EIena (Universitat Politècnica de  CataIunya  /  Politechnika  Iódzka,  2010) Master thesis (pre-Bologna period)
[13] A. I. Ramadhan, E. Diniardi, and S. H. Mukti, “Analisis  Desain  Sistem  Pembangkit  Listrik Tenaga Surya Kapasitas 50 WP,” Teknik, vol.
37, no. 2, p. 59, 2016, doi: 10.14710/teknik.v37i2.9011. [14] Quaschning, Volker. “ Understanding Renewable Energy Systems ”. London, Sterling, VA: Earthscan. 2005.
[15] Riny Sulistyowati, Rony Seto Wibowo, Dedet Candra  Riawan,  M.  Ashari,  “ Optimum Placement  of  Measurement  Devices  on Distribution Networks using Integer Linear K- Means Clustering Method ”, Przeglad Elektrotechniczny, 2020.